Mg2Si/Si异质结的热蒸发制备与性质研究

摘要

环境友好型半导体材料硅化镁（Mg2Si）是一种窄带隙间接半导体材料。目前，微电子行业主要基于 Si材料进行应用，在 Si衬底上生长 Mg2Si薄膜的工艺，可以很好地与 Si工艺兼容，因此 Mg2Si/Si异质结结构具有重大的研究价值。
　　本文采用电阻式热蒸发方法分别在n-Si、p-Si衬底上制备环境友好型 Mg2Si薄膜，研究蒸发 Mg膜厚度对 Mg2Si薄膜质量的影响，在此基础上围绕 Mg2Si基异质结制备工艺进行研究，并对 Mg2Si薄膜的电学、光学性质进行研究。
　　首先，在室温下采用热蒸发方法，在 Si衬底上沉积 Mg膜，然后在低真空（10-1Pa-10-2Pa）氛围下进行热处理制备Mg2Si薄膜。XRD、SEM结果表明，400℃下退火4h，制备出单一相的Mg2Si薄膜，且制备的Mg2Si薄膜晶粒致密、均匀和连续，表面平整，结晶度良好；并研究了 Mg膜厚度对 Mg2Si半导体薄膜生长的影响。结果表明，Mg膜厚度在370nm时，表现出了良好的结晶度和平整度。
　　其次，研究了 Mg2Si异质结的制备，在 Si衬底上制备了 Mg2Si/n-Si、Mg2Si/p-Si异质结器件，采用四探针测试系统、半导体特性分析仪、光谱响应测量系统等设备对 Mg2Si/Si异质结进行电学、光学性质研究。结果表明：Mg2Si薄膜的电阻率随着沉积 Mg膜厚度的增大而先增加后减小；Mg2Si/n-Si异质结比Mg2Si/p-Si异质结表现出了更理想的PN结导电特性；Mg2Si/n-Si异质结在红外光波段表现出较强的光谱响应能力。
　　最后，研究了 Si/Mg2Si/Si双异质结的制备，在 n-Si衬底上制备了p-Si/Mg2Si/n-Si双异质结器件，采用半导体特性分析仪、光谱响应测量系统等设备对 p-Si/Mg2Si/n-Si双异质结进行电学、光学性质研究。结果表明：p-Si/Mg2Si/n-Si双异质结同样表现出单向导电性，而且 p-Si/Mg2Si/n-Si双异质结拥有比 Mg2Si/n-Si异质结更低的正向导通电压和更高的耐击穿电压。在红外光波段，p-Si/Mg2Si/n-Si双异质结表现出和Mg2Si/n-Si异质结极其相似的光谱响应能力，在紫外和可见光波段，p-Si/Mg2Si/n-Si双异质结的光谱响应远远强于Mg2Si/n-Si异质结。

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第一章 绪论

1.1 研究意义

1.2 Mg2Si的基本性质

1.3 Mg2Si薄膜的研究现状

1.4 Mg2Si材料的应用研究

1.5 本文主要的研究内容

第二章 样品的制备与表征

2.1 原料

2.2 制备仪器

2.3 样品的表征

2.4 本章小结

第三章 Mg2Si薄膜的制备与表征分析

3.1样品制备

3.2 Mg膜的沉积速率

3.3 Mg膜厚度对 Mg2Si 薄膜生长的影响

3.4 本章小结

第四章 Mg2Si/Si 异质结的制备与研究

4.1 Mg2Si/Si 异质结的制备

4.2 Mg2Si/Si 异质结的电学、光学性质研究

4.3 本章小结

第五章 Si/Mg2Si/Si 双异质结的制备与研究

5.1 p-Si/Mg2Si/n-Si 的双异质结的制备

5.2 p-Si/Mg2Si/n-Si 双异质结I-V 特性研究

5.3 p-Si/Mg2Si/n-Si 双异质结光谱响应特性研究

5.4 本章小结

第六章 总结

6.1 主要结论

致谢

参考文献

附录